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電導(dǎo)、電導(dǎo)率、電導(dǎo)儀、電阻、電阻率--關(guān)系介紹

點(diǎn)擊: 次 時(shí)間:2023-12-11 15:16

  電導(dǎo)表示某一種導(dǎo)體傳輸電流能力強(qiáng)弱程度。單位是西門子,簡稱西,符號(hào)S?;蚰窔W。對(duì)于純電阻線路,電導(dǎo)與電阻的關(guān)系方程為G=1/R, 其中G為物體電導(dǎo),導(dǎo)體的電阻越小,電導(dǎo)就越大,數(shù)值上等于電阻的倒數(shù): G = 1/R。 在交流電路中電導(dǎo)定義為導(dǎo)納的實(shí)部(注意:不是電阻的倒數(shù)):Y = G + jB。電導(dǎo)會(huì)隨著溫度的變化而有所變化。
 
  電導(dǎo)率 (electric conductivity) 是表示物質(zhì)傳輸電流能力強(qiáng)弱的一種測(cè)量值。當(dāng)施加電壓于導(dǎo)體的兩端時(shí),其電荷載子會(huì)呈現(xiàn)朝某方向流動(dòng)的行為,因而產(chǎn)生電流。電導(dǎo)率 是以歐姆定律定義為電流密度 和電場強(qiáng)度 的比率:有些物質(zhì)會(huì)有異向性 (anisotropic) 的電導(dǎo)率,必需用 3 X 3 矩陣來表達(dá)(使用數(shù)學(xué)術(shù)語,第二階張量,通常是對(duì)稱的)。電導(dǎo)率是電阻率 的倒數(shù)。在G際單位制中的單位是西門子/米 (S·m-1):電導(dǎo)率儀 (electrical conductivity meter) 是一種是用來測(cè)量溶液電導(dǎo)率的儀器。

電導(dǎo)儀:
       1定義:測(cè)量物質(zhì)導(dǎo)電能力的儀器。測(cè)定電導(dǎo)率,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線推斷水礦化度的儀器。水中含鹽量愈大,水的導(dǎo)電性能愈強(qiáng)。故根據(jù)電導(dǎo)率的大小,可以推算水中礦化度的大小??蓽y(cè)量超純水和濃鹽度水。
 
電導(dǎo)率:
1基本概念
  (1)英文:conductivity(or specific conductance)

  (2)定義:電阻率的倒數(shù)為電導(dǎo)率,用希臘字母κ表示,κ=1/ρ 。除非特別指明,電導(dǎo)率的測(cè)量溫度是標(biāo)準(zhǔn)溫度( 25 °C )。
  (3)單位:在G際單位制中,電導(dǎo)率的單位稱為西門子/米(S/m),其它單位有:MS/cm,S/cm,μS/cm。1S/m=1000mS/m=1000000μS/m=10mS/cm=10000μS/cm。
  (4)說明:電導(dǎo)率的物理意義是表示物質(zhì)導(dǎo)電的性能。電導(dǎo)率越大則導(dǎo)電性能越強(qiáng),反之越小。另外,不少人將電導(dǎo)電導(dǎo)率混淆:電導(dǎo)是電阻的倒數(shù),電導(dǎo)率是電阻率的倒數(shù)。

2 影響因素

  (1)溫度:電導(dǎo)率與溫度具有很大相關(guān)性。金屬的電導(dǎo)率隨著溫度的增高而降低。半導(dǎo)體的電導(dǎo)率隨著溫度的增高而增高。在一段溫度值域內(nèi),電導(dǎo)率可以被近似為與溫度成正比。為了要比較物質(zhì)在不同溫度狀況的電導(dǎo)率,必須設(shè)定一個(gè)共同的參考溫度。電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)性,時(shí)??梢员磉_(dá)為,電導(dǎo)率對(duì)上溫度線圖的斜率。
  (2)摻雜程度:固態(tài)半導(dǎo)體的摻雜程度會(huì)造成電導(dǎo)率很大的變化。增加摻雜程度會(huì)造成高電導(dǎo)率。水溶液的電導(dǎo)率高低相依于其內(nèi)含溶質(zhì)鹽的濃度,或其它會(huì)分解為電解質(zhì)的化學(xué)雜質(zhì)。水樣本的電導(dǎo)率是測(cè)量水的含鹽成分、含離子成分、含雜質(zhì)成分等等的重要指標(biāo)。水越純凈,電導(dǎo)率越低(電阻率越高)。水的電導(dǎo)率時(shí)常以電導(dǎo)系數(shù)來紀(jì)錄;電導(dǎo)系數(shù)是水在 25°C 溫度的電導(dǎo)率。
  (3)各向異性有些物質(zhì)會(huì)有異向性 (anisotropic) 的電導(dǎo)率,必需用 3 X 3 矩陣來表達(dá)(使用數(shù)學(xué)術(shù)語,第二階張量,通常是對(duì)稱的)

3 測(cè)量方法

  電導(dǎo)率的測(cè)量通常是溶液的電導(dǎo)率測(cè)量。固體導(dǎo)體的電阻率可以通過歐姆定律和電阻定律測(cè)量。電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的測(cè)量一般采用交流信號(hào)作用于電導(dǎo)池的兩電極板,由測(cè)量到的電導(dǎo)池常數(shù)K和兩電極板之間的電導(dǎo)G而求得電導(dǎo)率σ。
  電導(dǎo)率測(cè)量中**早采用的是交流電橋法,它直接測(cè)量到的是電導(dǎo)值。**常用的儀器設(shè)置有常數(shù)調(diào)節(jié)器、溫度系數(shù)調(diào)節(jié)器和自動(dòng)溫度補(bǔ)償器,在一次儀表部分由電導(dǎo)池和溫度傳感器組成,可以直接測(cè)量電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率。

4.1電導(dǎo)率的測(cè)量原理

  電導(dǎo)率的測(cè)量原理是將相互平行且距離是固定值L的兩塊極板(或圓柱電極),放到被測(cè)溶液中,在極板的兩端加上一定的電勢(shì)(為了避免溶液電解,通常為正弦波電壓,頻率1~3kHz)。然后通過電導(dǎo)儀測(cè)量極板間電導(dǎo)。
  電導(dǎo)率的測(cè)量需要兩方面信息。一個(gè)是溶液的電導(dǎo)G,另一個(gè)是溶液的幾何參數(shù)S。電導(dǎo)可以通過電流、電壓的測(cè)量得到。根據(jù)關(guān)系式S=K×G可以等到電導(dǎo)率的數(shù)值。這一測(cè)量原理在直接顯示測(cè)量儀表中得到廣泛應(yīng)用。
  而K= L /A
  A——測(cè)量電極的有效極板
  L——兩極板的距離
  這一值則被稱為電極常數(shù)。在電極間存在均勻電場的情況下,電極常數(shù)可以通過幾何尺寸算出。當(dāng)兩個(gè)面積為1cm的方形極板,之間相隔1cm組成電極時(shí),此電極的常數(shù)K=1cm。如果用此對(duì)電極測(cè)得電導(dǎo)值G=1000μs,則被測(cè)溶液的電導(dǎo)率K=1000μs/ cm。
  一般情況下,電極常形成部分非均勻電場。此時(shí),電極常數(shù)必須用標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行確定。標(biāo)準(zhǔn)溶液一般都使用KCl溶液這是因?yàn)镵Cl的電導(dǎo)率的不同的溫度和濃度情況下非常穩(wěn)定,準(zhǔn)確。0.1mol/l的KCl溶液在25℃時(shí)電導(dǎo)率為12.88ms/cm。#p#分頁標(biāo)題#e#
  所謂非均勻電場(也稱作雜散場,漏泄場)沒有常數(shù),而是與離子的種類和濃度有關(guān)。因此,一個(gè)純雜散場電極是**復(fù)雜的電極,它通過一次校準(zhǔn)不能滿足寬的測(cè)量范圍的需要。

4.2 電導(dǎo)電極的種類

  電導(dǎo)電極一般分為二電極式和多電極式兩種類型。
  二電極式電導(dǎo)電極是目前G內(nèi)使用**多的電導(dǎo)電極類型,實(shí)驗(yàn)式二電極式電導(dǎo)電極的結(jié)構(gòu)是將二片鉑片燒結(jié)在二平行玻璃片上,或圓形玻璃管的內(nèi)壁上,調(diào)節(jié)鉑片的面積和距離,就可以制成不同常數(shù)值的電導(dǎo)電極。通常有K=1.K=5.K=10等類型。而在線電導(dǎo)率儀上使用的二電極式電導(dǎo)電極常制成圓柱形對(duì)稱的電極。當(dāng)K=1時(shí),常采用石墨,當(dāng)K=0.1.0.01時(shí),材料可以是不銹鋼或鈦合金。
  多電極式電導(dǎo)電極,一般在支持體上有幾個(gè)環(huán)狀的電極,通過環(huán)狀電極的串聯(lián)和并聯(lián)的不同組合,可以制成不同常數(shù)的電導(dǎo)電極。環(huán)狀電極的材料可以是石墨、不銹鋼、鈦合金和鉑金
  電導(dǎo)電極還有四電極類型和電磁式類型。四電極電導(dǎo)電極的優(yōu)點(diǎn)是可以避免電極極化帶來的測(cè)量誤差,在G外的實(shí)驗(yàn)式和在線式電導(dǎo)率儀上較多使用。電磁式電導(dǎo)電極的特點(diǎn)是適宜于測(cè)量高電導(dǎo)率的溶液,一般用于工業(yè)電導(dǎo)率儀中,或利用其測(cè)量原理制成單組分的濃度計(jì),如鹽酸濃度計(jì)、硝酸濃度計(jì)等。

4.3 電導(dǎo)電極常數(shù)

  根據(jù)公式K=S/G,電極常數(shù)K可以通過測(cè)量電導(dǎo)電極在一定濃度的KCL溶液中的電導(dǎo)G來求得,此時(shí)KCL溶液的電導(dǎo)率S是已知的。
  由于測(cè)量溶液的濃度和溫度不同,以及測(cè)量儀器的精度和頻率也不同,電導(dǎo)電極常數(shù)K有時(shí)會(huì)出現(xiàn)較大的誤差,使用一段時(shí)間后,電極常數(shù)也可能會(huì)有變化,因此,新購的電導(dǎo)電極,以及使用一段時(shí)間后的電導(dǎo)電極,電極常數(shù)應(yīng)重新測(cè)量標(biāo)定,電導(dǎo)電極常數(shù)測(cè)量時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)
  1. 測(cè)量時(shí)應(yīng)采用配套使用的電導(dǎo)率儀,不要采用其它型號(hào)的電導(dǎo)率儀。
  2. 測(cè)量電極常數(shù)的KCL溶液的溫度,以接近實(shí)際被測(cè)溶液的溫度為好。
  3. 測(cè)量電極常數(shù)的KCL溶液的濃度,以接近實(shí)際被測(cè)溶液的濃度為好。

4.4 電導(dǎo)率的溫度補(bǔ)償

  電導(dǎo)率測(cè)量是與溫度相關(guān)的。溫度對(duì)電導(dǎo)率的影響程度依溶液的不同而不同,可以用下面的公式求得:
  Gt = Gtcal{1 + α(T-Tcal)}
  其中:
  Gt = 某一溫度(°C)下的電導(dǎo)率
  Gtcal = 標(biāo)準(zhǔn)溫度(°C)下的電導(dǎo)率
  Tcal = 溫度修正值
  α = 標(biāo)準(zhǔn)溫度(°C)下溶液的溫度系數(shù)。
  下表列出了常用溶液的α值。要得到其他溶液的α值,只要測(cè)量某個(gè)溫度范圍內(nèi)的電導(dǎo)率,并以溫度為縱軸繪出相應(yīng)的電導(dǎo)率的變化曲線,與標(biāo)準(zhǔn)溫度相對(duì)應(yīng)的曲線點(diǎn)為該溶液的α值。

溶液
(25°C)
濃度Alpha 
(α)
鹽酸 10 wt%1.56
氯化鉀溶液10 wt%1.88
硫酸 50 wt%1.93
氯化鈉溶液 10 wt% 2.14
氫氟酸 1.5 wt%7.20
硝酸 31 wt% 31.0

  市場上所銷售的所有電導(dǎo)儀都可以參照標(biāo)準(zhǔn)溫度(通常為25°C)進(jìn)行調(diào)節(jié)的或自動(dòng)溫度補(bǔ)償。大多數(shù)固定溫度補(bǔ)償?shù)碾妼?dǎo)儀的α調(diào)節(jié)為2%/°C(近似25°C時(shí)氯化鈉溶液的α)??烧{(diào)節(jié)溫度補(bǔ)償?shù)碾妼?dǎo)儀可以把α調(diào)節(jié)到更加接近所測(cè)溶液的α。

5 應(yīng)用領(lǐng)域

  ●電廠-水處理;
  ●水廠和污水廠-廢水處理;
  ●造紙-生產(chǎn)過程/廢水處理;
  ●化工煉油-生產(chǎn)過程/廢水處理;
  ●冶金和采礦-生產(chǎn)過程/廢水處理;
  ●食品和飲料-生產(chǎn)過程/廢水處理;
  ●醫(yī)藥行業(yè)-生物反應(yīng)和發(fā)酵/廢水處理;
  ●半導(dǎo)體-生產(chǎn)過程/廢水處理/高純水生產(chǎn)。
 
  電阻:它是導(dǎo)體的一種基本性質(zhì),與導(dǎo)體的尺寸、材料、溫度有關(guān)。通??s寫為R,電阻率(resistivity)是用來表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。
  在溫度一定的情況下,有公式R=ρl/S其中的ρ就是電阻率,l為材料的長度, S為面積??梢钥闯?,材料的電阻大小與材料的長度成正比,而與其截面積成反比。由上式可知電阻率的定義:ρ=RS/l




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